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Pumpspeicherkraftwerk

Stausee eines
Laufwasserkraftwerk Speicherkraftwerkes
Wellenkraftwerk
Gezeitenkraftwerk
Inhaltsverzeichnis
Die Geschichte des Wasserrades -3-
Laufwasserkraftwerke -4-
Speicherkraftwerke -5-
Pumpspeicherkraftwerke -6-
Wellenkraftwerke -7-
Gezeitenkraftwerke -8-
Gletscherkraftwerke -9-
Vor- und Nachteile der Wasserkraftwerke -10-
Allgemein -11-
Erklärung von Punkt 1;2;3;4 -12-
Quellenangaben -13-
Die ersten Wasserräder gab es schon im 3.Jahrtausend in China und Vorderasien.
Seit gut 1500 Jahren ist das Wasserrad bei uns bekannt.
Im Mittelalter unterschied man bereits drei verschiedene Wasserräder.
Das Wasserrad mit dem geringsten Nutzen war das Stoßrad, bei dem die Schaufeln nur ins Wasser eintauchten und so nur die Fließgeschwindigkeit ausnutzten.
Das „unterschlächtige“ Wasserrad nutzte damals schon den Höhenunterschied zwischen dem ein- und austreten des Wassers. Es nutzte somit nicht nur die Fließgeschwindigkeit sondern auch den Druck des fallenden Wassers.
Das „oberschlächtige“ Wasserrad nutzte damals die Fließgeschwindigkeit und die Erdbeschleunigung. Daher dass das Wasser von oben über eine Rinne in die Schaufeln floss, entstand die beste Nutzung von Fließgeschwindigkeit und Erdbeschleunigung.
Dieses Wasserrad wurde zum Mahlen von Mehl genutzt. Später wurde auch die Nutzbarkeit in Sägewerken und bei Blasebälgen festgestellt.
Der Grundbaustein der Nutzung der Wasserkraft, liegt im „dynamo-elektrischen Prinzip“, dass 1866 von Herrn Werner von Siemens erfunden wurde. Erst durch diese Entwicklung ist es möglich geworden, die Drehbewegung in elektrischen Strom umzuwandeln.
Die Nutzung der Wasserkraft, nahm durch die Erfindung neuer Wasserturbinen immer mehr zu.
Laufwasserkraftwerke findet man an Flüssen, die ein natürliches oder ein künstliches Gefälle aufweisen und bei denen die Durchflussmenge sehr groß ist.
Es gilt: - je größer das Gefälle und je größer der Durchfluss, desto größer ist die Leistung
Die Fallhöhe beträgt bis zu 10m.
Der Fluss wird um mehrere Meter durch eine Wehranlage aufgestaut.
Größere Kraftwerke haben Wehranlagen mit mehreren Wehrfeldern, um diese bei Hochwasser Gefahr zu überfluten.
Das Aufstauen ist nötig, um überhaupt die eingesetzte Kaplan-Turbine1 antreiben zu können.
Meistens reicht die normale Geschwindigkeit eines Flusses nicht aus, um eine Kaplan-Turbine anzutreiben.
Das fließende Wasser fällt die Fallhöhe hinunter und treibt anschließend die Kaplan-Turbine an.
Laufwasserkraftwerke laufen rund um die Uhr und decken die Grundlast in der öffentlichen Stromversorgung.
Bei vielen Kraftwerken besteht die Möglichkeit während der geringen Zeit des Stromverbrauches (nachts) eine zusätzliche Wassermenge aufzustauen, die dann im Spitzenbedarf (Mittagszeit) wieder an die Kaplan-Turbinen abgegeben wird und somit eine Unterstützung in der Spitzenbedarfszeit darstellt.
Laufwasserkraftwerke produzieren in der Regel im Sommer mehr Strom als im Winter, dass liegt daran, dass bei Hochwasser die Fallhöhe des Flusses sinkt, da der Wasserspiegel auch auf der Unterwasserseite steigt.
Speicherkraftwerke werden in Tages-, Wochen- und Jahresspeicher eingeteilt. Dies hängt von der Wassermenge, die ein Stausee aufnehmen kann, ab.
Sie nutzen zur Stromerzeugung den Höhenunterschied zwischen einem natürlichen See oder einer künstlichen Talsperre (Stausee) zum Krafthaus.
Der Höhenunterschied liegt bei ca. 100m-1800m.
Das Wasser aus dem höher gelegenen natürlichen See oder der künstlichen Talsperre wird durch eine Druckleitung der Turbine zugeführt.
Je nach Höhenunterschied werden Francis2- oder Pelton-Turbinen3 eingesetzt.
Speicherkraftwerke sind nicht für den Dauerbetrieb gedacht, da ihre Speicher sonst bald leer wären. Da sie sehr schnell und leicht ein- und ausgeschaltet werden können,
werden sie hauptsächlich zu Spitzenzeiten wie Mittags oder im Winter eingesetzt und können dann volle Spitzenleistung bringen.
Speicherkraftwerke werden unter anderem auch für die Trinkwasserspeicherung, zu Bewässerungszwecken und zum Hochwasserschutz eingesetzt.
Pumpspeicherkraftwerke verfügen über ein oberes und ein unteres Staubecken.
Das Wasser wechselt sozusagen immer von einem Becken zum anderen Becken.
In der Spitzenzeit (z.B. mittags) läuft das Wasser vom oberen Staubecken ins untere, wenn weniger Strom gebraucht wird (z.B. nachts), wird das Wasser vom unteren Staubecken ins obere hinaufgepumpt.
Das hinaufpumpen des Wassers beträgt ca. 2% des gesamten erzeugten Stromes.
Bei Pumpspeicherkraftwerken werden Francis- oder Pelton-Turbinen eingesetzt.
Pumpspeicherkraftwerke können andere Kraftwerke bei totalem Stromausfall wieder anfahren (Schwarzstartfähigkeit), da sie ganz schnell in Betrieb genommen werden können.
Es gibt ganz verschiedene Bauweisen, aber das Prinzip ist gleich. Einmal gibt es schwimmende Einheiten auf dem offenen Meer oder feste Anlagen an der Küste.
Das Felsenküsten-OWC (Oscillating Water Column) nutzt die Kraft der schwingenden Wassersäule.
Wenn eine Welle kommt wird das Wasser in eine Art Kammer hineingedrückt. Dadurch wird die Luft, die sich in der Kammer befindet, nach oben gedrückt und Treibt eine Turbine an. Zwischen zwei Wellen wird das Wasser wieder nach draußen gesogen und die Luft wird mit zurück getrieben und treibt auf dem Rückweg ebenfalls dieselbe Turbine an.
Daher das Wellen unregelmäßig an die Küste anrollen, hat man ein Schwungrad an die Turbine angeschlossen damit die Turbine sich auch dreht, wenn der Abstand zwischen zwei Wellen größer ist.
Für dieses Kraftwerk wurde eine Spezial Turbine entworfen, die einen Richtungswechsel vollzieht, da die Luft einmal von vorne kommt und dann von der anderen Richtung zurückströmt.
Gezeitenkraftwerke nutzen Ebbe und Flut um Energie zu erzeugen. Es gibt viele verschiedene Bauweisen doch die Funktionsweise ist gleich.
Vor einer Bucht wird eine Wehranlage gebaut.
Wenn Flut ist fließt das Wasser durch die Wehranlage in die Bucht hinein und treibt dabei eine Turbine an.
Sobald die Wasserhöhe in der Bucht, der Wasserhöhe im Meer gleicht, werden die Zuflüsse zu den Turbinen geschlossen und erst wieder aufgemacht, wenn wieder genügend Höhendifferenz da ist. Ist dies der Fall, werden die Zuflüsse wieder geöffnet und das Wasser fließt aus der Bucht hinaus und treibt dabei die Turbinen an.
Gezeitenkraftwerke sind aber nur Sinnvoll, wenn ein Tidenhub von mehr als 6 Metern da ist.
In Europa gibt es nur ein einziges Gezeitenkraftwerk. Die Meisten sind in Alaska, Argentinien, Russland und Australien vorhanden.
Bei einem Gletscherkraftwerk wird in einem Schmelzsee der tiefste Punkt angebohrt, damit man den höchsten Druck und auch im Winter, wenn die Seeoberfläche zugefroren ist, Wasser durch die Druckleitungen laufen lassen kann, um im Kraftwerk eine Turbine antreiben zulassen.
In Grönland ist das einzige Gletscherkraftwerk das es auf der Welt gibt. Dies bekommt sein Wasser aus einem Schmelzsee der 11km vom Kraftwerk entfernt ist.
Die Druckleitungen sind unter dem Eis verlegt worden und an der tiefsten Stelle des Sees wird Wasser entnommen, das dann durch die Druckleitung zur Turbine im 11km entfernten Krafthaus fließt.
Vorteile Nachteile
Wasserkraftwerke sehr hoher Wirkungsgrad (ca.90%)
pflegeleicht
langer erhalt einer Anlage
keine Luftverschmutzung
niedrige Betriebskosten, weil kaum Wartungen nötig sind
Steigung des Grundwasserspiegels
Erschaffung neuen Lebensraum z.B. für Vögel das bauen von Wehren und Stauseen kann zu hoher Umweltbelastung führen
deutlich höhere Kosten beim Bau eines Wasserkraftwerkes als bei einem Kohlekraftwerk
Zerstörung des Lebensraum von einigen Tieren
Eingang vom Kraftwerk muss oft von Treibholz und anderem groben Abfall entfernt werden Laufwasserkraftwerke kleiner Beitrag zum Hochwasserschutz
Fischtreppe4 zum umgehen des Wehrs die natürliche Wassergeschwindigkeit wird durch die Wehranlagen gebremst
Speicherkraftwerke
und
Pumpspeicherkraftwerke helfen bei Bewässerungen und bei der Trinkwasserversorgung
tragen zum Hochwasserschutz bei und zur Fischzucht
bei totalem Stromausfall, können sie andere Kraftwerke anfahren, da man sie ganz schnell einschalten kann Eingriff in den gewohnten Lebensraum von Wanderfischen und anderen Wassertieren
starker eingriff in die Natur, um große Stauseen bauen zu können
Umsiedlung von Menschen, wegen nützlicher Wehrfelder Wellenkraftwerke produzieren eigentlich immer durchgehend Strom sehr teuere Baukosten
Zerstörung durch Orkanwellen möglich Gezeitenkraftwerke Beitrag zum Schutz von Küsten und Häfen Gletscherkraftwerk hoher Wirkungsgrad eingriff in bisher nicht belastete Natur
Was ist bei allen Kraftwerken dasselbe?
Das fließende Wasser fällt die Fallhöhe/ fließt die Druckleitung hinunter und treibt anschließend die Kaplan- Pelton- oder Francis-Turbine an, die wiederum einen Generator antreibt, der die Bewegungsenergie des Wassers in elektrische Energie umwandelt.
Die umgewandelte Energie wird über einen Transformator geschickt, wo die Voltzahl vervielfacht wird. Danach wird die elektrische Energie weitergeleitet in die Hochspannungsleitung und zu den Transformatorenstationen. Dort wird die Voltzahl wieder reduziert und der Strom wird auf die Häuser verteilt.
Die Nutzung der Wasserkraft
Wasserkraft kann je nach Beschaffenheit eines Landes stark oder weniger stark genutzt werden.
In Norwegen kommen 99% des erzeugten Stromes aus Wasserkraftwerken. In Deutschland werden nur 4% der Wasserkraft genutzt und in den Niederlande sogar nur 2%.
In Deutschland werden so ca. 70% der Wasserkraft bereits genutzt. Es ist also nur noch eine geringe Steigerung möglich.
Die Zukunft der Wasserkraftwerke
Ich denke, dass die Wasserkraftwerke so lange in Betrieb bleiben, wie es Wasser auf der Erde gibt. Sie haben einen sehr hohen Wirkungsgrad. Die Technik der Wasserkraftwerke wird außerdem immer besser. Es werden immer mehr Kraftwerke getestet, ob sie funktionstüchtig sind.

Meine Eigene Meinung
Ich denke, dass Wasserkraftwerke im Allgemeinen wesentlich Umweltfreundlicher sind als Wärmekraftwerke, da sie keine Schadstoffe in die Luft abgeben. Allerdings zerstören Stauseen und Staubecken, sowie Wehranlagen die Natur und einen Lebensraum für einige Tiere. Wobei die Wehrfelder und die Stauseen auch neuen Lebensraum für einige Tiere schaffen. Wehrfelder nehmen Menschen ihre alten Grundstücke und Häuser weg, wegen der Gefahr der Überflutung.
Heutzutage kommen eigentlich keine Menschen mehr ohne Strom aus und die, die es schaffen (Ureinwohner) bewundere ich. Wer einmal Strom „genossen“ hat, der ist sozusagen gleich „süchtig“, da es dass Leben erheblich erleichtert. Man muss nicht erst probieren ein Feuer anzuzünden, um etwas zu kochen, sonder dreht einfach nur den Stromknopf vom Herd auf z.B. Stufe 3. Ich denke, dass Wasserkraftwerke eine gute Erfindung sind und auch Umweltfreundlicher sind als andere Kraftwerke.
Erklärung der Punkte 1;2;3;4

1: Kaplan-Turbine
Die Kaplan-Turbine wird bei einer Fallhöhe von 0-30m eingesetzt. Sie wird in Laufwasserkraftwerken eingesetzt, da sie geeignet ist für schwankende Wassermengen und geringen Wasserdruck.

2: Francis-Turbine
Die Francis-Turbine ist das „Lastpferd der Wasserkraftnutzung“ da sie bei einer Fallhöhe von 10m-700m genutzt wird, sie wird meist bei Speicherkraftwerken eingesetzt.

3: Pelton-Turbine
Die Pelton-Turbine wird bei einer Fallhöhe von ca. 200m-2000m eingesetzt. Sie ist die Weiterentwicklung des Stoßrades und nutzt die kinetische Energie des hinunterfallenden Wassers. Sie wird in Wasserkraftwerken, die eine große Fallhöhe haben aber nur kleinere Wasserströme haben eingesetzt.

4: Fischtreppe
Das Problem, das es bei flussaufwärts wandernden Fischarten gab, wurde durch eine Fischtreppe gelöst, damit die Fische weiterhin die Fallhöhe überbrücken können.
Diese Treppe führt unter einem Wehr oder an der Seite eines Wehres entlang und die Fische können sowohl von der einen Seite durchschwimmen und durch denselben Weg wieder zurück gelangen.
Quellenangaben
www.wasser.de
www.atel.ch
www.quarks.de
www.diebrennstoffzelle.de
www.energiewelten.de
www.rs-saarburg.bildung-rp.de
www.uni-leipzig.de
www.denkmal.schleswig-holstein.de
www.phzh.ch
www.perpetu.de
www.physik.uni-muenchen.de (Turbinen)
http://home.arcor.de
http://tf-power.com
http://th03acc0222.swisswebaward.ch

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